全通道内置阀式磁流变阻尼器的设计及性能分析

针对磁流变假肢中磁流变阻尼器体积大、输出阻尼力较小的问题,设计了一种全通道内置阀式磁流变阻尼器。首先,通过布置导磁楔形环和隔磁环,引导磁力线穿过全部液流通道,并进行了阻尼器磁路分析和输出阻尼力数学模型的推导;其次,利用ANSYS软件进行了阻尼器电磁场仿真;再次,采用多目标遗传算法优化阻尼器的结构参数,并仿真对比了优化前后阻尼器的平均磁感应强度和输出阻尼力;最后,加工了结构参数优化前后的阻尼器样机,并对其进行了动力学性能测试与分析。结果表明:优化后阻尼器活塞头的体积减小了24.4%,最大输出阻尼力提高了24 N;当电流为2 A时,优化前最大输出阻尼力仿真值为295.38 N,测试值为309.76 N,误差为4.6%;优化后最大输出阻尼力仿真值为307.77 N,测试值为333.76 N,误差为7.6%。所设计的全通道内置阀式磁流变阻尼器体积较小,输出阻尼力较大,液流通道的空间利用率较高。研究结果可为磁流变假肢中磁流变阻尼器的设计提供参考。

内置阀式磁流变阻尼器结构设计及阻尼性能研究

针对目前磁流变阻尼器结构受限时输出阻尼力过小的不足,设计了一种内置阀式磁流变阻尼器。该新型磁流变阻尼器采用内置式磁流变阀代替了目前常用的阻尼器活塞头结构;内置阀液流通道由圆环轴向流、圆盘径向流及小孔流构成。通过控制内置阀产生的压降来控制阻尼器的输出阻尼力。阐述了内置阀式磁流变阻尼器的工作原理,推导了阻尼器可控阻尼力数学模型。采用有限元法(FEM)对内置阀式磁流变阻尼器电磁场进行建模仿真,并通过ANSYS软件一阶优化方法对其结构尺寸进行多目标优化。仿真结果表明:优化后的内置阀式磁流变阻尼器在输入电流为1.0 A时,输出阻尼力由21.89 kN提高到38.94 kN,提高了77.9%。